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JP5584396B2 - Fluid path system for dissolution and transport of hyperpolarized materials - Google Patents
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JP5584396B2 - Fluid path system for dissolution and transport of hyperpolarized materials - Google Patents

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Description

本発明は概して、磁気共鳴画像化(MRI)および分析高解像度NMR分光法で使用される流体経路システム内の凍結製剤の溶解および輸送用方法および装置に関する。   The present invention relates generally to methods and apparatus for lysing and transporting frozen formulations in fluid pathway systems used in magnetic resonance imaging (MRI) and analytical high resolution NMR spectroscopy.

MRIは、非侵襲性であり、他の医療用画像化技術に関連するX線に検討中の患者を曝す必要がないので、医師にとっては特に魅力的となった診断技術である。分析高解像度NMR分光法は、分子構造の測定の際に定期的に使用される。   MRI is a diagnostic technique that has become particularly attractive to physicians because it is non-invasive and does not require exposing the patient under consideration to x-rays associated with other medical imaging techniques. Analytical high resolution NMR spectroscopy is regularly used in measuring molecular structure.

MRIおよびNMR分光法はしかし、普通に使用される造影剤の核スピンの通常は極めて低い分極化により感度が足りない可能性がある。このように、固相中に核スピンの分極化を良くするためのいくつかの技術が存在する。これらの技術は、過分極技術として知られ、感度の増大につながる。過分極技術では、造影剤の試料、例えば13C1−ピルビン酸塩、または別の同様の分極造影剤が、画像化される対象内に案内または射出される。本明細書で使用されるように、「分極」という用語は、MRIでさらに使用するための材料の物性の変更のことを言う。さらに、本明細書で使用されるように、「過分極」という用語は、室温および1テスラで見られるもの以上のレベルで分極化されることを言い、米国特許第6,466,814号にさらに記載されている。 MRI and NMR spectroscopy, however, may be insensitive due to the normally very low polarization of commonly used contrast agent nuclear spins. Thus, there are several techniques for improving nuclear spin polarization in the solid phase. These techniques are known as hyperpolarization techniques and lead to increased sensitivity. In hyperpolarization techniques, a sample of contrast agent, such as 13 C1-pyruvate, or another similar polarized contrast agent is guided or ejected into the object to be imaged. As used herein, the term “polarization” refers to a change in the physical properties of a material for further use in MRI. Further, as used herein, the term “hyperpolarization” refers to being polarized at levels above those found at room temperature and 1 Tesla, and is described in US Pat. No. 6,466,814. Further described.

多くの例では、造影剤はその最終使用から離れた装置でこの過分極を受ける。過分極材料は極めて短い寿命を有し、それによって、過分極材料はその製造源から意図する最終使用の場所に迅速に運び(すなわち、患者への注入)、使用可能な状況に変換しなければならない。これを達成するためには、低温凍結過分極材料は、患者に注入するために溶解媒体内に溶解される。したがって、動的核分極(DNP)システムの一部として、分極器(polarizer)内で分極試料を溶解する手段を含んでいなければならない。   In many instances, the contrast agent undergoes this hyperpolarization at a device away from its end use. Hyperpolarized materials have a very short lifetime, so that hyperpolarized materials must be quickly transported from their source to the intended end-use location (ie, infusion into the patient) and converted to a usable situation. Don't be. To accomplish this, the cryogenic frozen hyperpolarized material is dissolved in a dissolution medium for injection into the patient. Therefore, as part of a dynamic nuclear polarization (DNP) system, it must include a means to dissolve the polarized sample within the polariser.

分極酸(例えば、ピルビン酸)の試料では、試料を溶解するために溶解媒体を使用し、インビボ注入に適した分極ナトリウム塩(例えば、ピルビン酸ナトリウム)の溶液を得る必要がある。溶解媒体は普通、塩基(例えば、水酸化ナトリウム)を含む水溶液、および試料を溶解し、注入液中の生理許容pHを制御/これに到達するための緩衝剤(例えば、TRISヒドロキシメチルアミノメタン(TRIS))からなっているが、溶解媒体はまた水の形であってもよい。   For samples of polarized acid (eg, pyruvate), it is necessary to use a dissolution medium to dissolve the sample and obtain a solution of polarized sodium salt (eg, sodium pyruvate) suitable for in vivo injection. The dissolution medium is usually an aqueous solution containing a base (eg, sodium hydroxide) and a buffer to dissolve / sample the physiologically acceptable pH in the infusate (eg, TRIS hydroxymethylaminomethane ( TRIS)), but the dissolution medium may also be in the form of water.

現在の方法では、水酸化ナトリウム、TRIS−緩衝剤、およびEDTAを含む規定量の溶解媒体は、チタンシリンダ内で規定圧力までヘリウムガスで加圧され、規定温度まで加熱される。溶解過程が開始すると、加圧および加熱された溶剤がシリンダから解放され、連続ヘリウムガス流によって案内されて、分極試料と接触する。この方法は、溶解した試料が受入容器内に噴射される時にガスと混合され、それによって注入に対して無菌状態ではないという欠点がある。これにより、溶解した分極試料からの電子常磁性剤(EPA)の除去、および注入液の無菌濾過が複雑になる。   In current methods, a defined amount of dissolution medium containing sodium hydroxide, TRIS-buffer, and EDTA is pressurized with helium gas to a defined pressure in a titanium cylinder and heated to a defined temperature. When the dissolution process begins, the pressurized and heated solvent is released from the cylinder and is guided by the continuous helium gas flow to contact the polarized sample. This method has the disadvantage that the dissolved sample is mixed with the gas as it is injected into the receiving container and is therefore not aseptic for injection. This complicates removal of the electron paramagnetic agent (EPA) from the dissolved polarized sample and aseptic filtration of the infusate.

凍結試料を溶解するのに流体経路システムを利用する既存の方法に追加の問題が生じる可能性がある。すなわち、現在の流体経路システムでの1つの可能性のある故障モードは、試料が溶解媒体によって完全に溶解されることを保証する必要がある。溶解媒体の熱エネルギー、量および流れが試料を完全に溶解するのに不十分である場合、試料が溶解する前にシステムが凍結し、その結果、氷栓が流体経路システム内へのまたそこからの流れを完全に塞ぐことにつながる可能性がある。第2の故障モードは、凍結試料に運ばれる熱エネルギーが試料全体を溶解するのに十分でなく、その結果、規定量の溶解媒体が流体経路システム内に入った後に、試料の一部が凍結/固体状態にされたままになることにつながるということである。このように試料を完全に溶解することができないことは、試料が酸である場合に、注入液のpHレベルおよび酸濃度に影響を与える。例えば、ピルビン酸塩は、(ピルビン酸を反応させるように触媒作用を及ぼすことができる)高いおよび低いpHの両方に対して感度のある極めて反応性のある化合物であり、したがって、注入液中の所望のpHレベルを保証するように試料を完全に溶解させることが重要である。   Additional problems can arise with existing methods that utilize fluid path systems to lyse frozen samples. That is, one possible failure mode in current fluid path systems needs to ensure that the sample is completely dissolved by the dissolution medium. If the heat energy, quantity and flow of the dissolution medium are not sufficient to completely dissolve the sample, the system will freeze before the sample is dissolved, so that the ice plug will enter and exit the fluid path system. May completely block the flow. The second failure mode is that the thermal energy delivered to the frozen sample is not sufficient to melt the entire sample, so that after a specified amount of dissolution medium has entered the fluid path system, a portion of the sample is frozen. / It leads to staying in a solid state. This inability to completely dissolve the sample affects the pH level and acid concentration of the infusate when the sample is acid. For example, pyruvate is a highly reactive compound that is sensitive to both high and low pH (which can be catalyzed to react pyruvate) and is therefore in the infusate. It is important to completely dissolve the sample to ensure the desired pH level.

医薬品試料を溶解するのに使用される現在の方法および装置の別の制限は、無菌製品の維持に関する費用および複雑性である。製剤では、無菌性の保証は基本であり、製品に対する汚染の危険性がない。現在の方法および装置は、試料を取り扱い、周囲に曝す必要がある。このようにして、試料に接触するあらゆる装置は殺菌する必要があり、試料の溶解および輸送中に無菌性が保証されなければならない。
米国特許第6,466,814号公報
Another limitation of current methods and equipment used to dissolve pharmaceutical samples is the cost and complexity associated with maintaining sterile products. In formulations, sterility assurance is fundamental and there is no risk of contamination of the product. Current methods and devices require handling and exposing the sample to the environment. In this way, any device that contacts the sample must be sterilized and sterility must be ensured during sample dissolution and transport.
US Pat. No. 6,466,814

したがって、凍結過分極材料を急速かつ完全に溶解することができる流体経路システムに対する要求が存在する。また、溶解した材料は、注入可能な溶液中の適切なpHレベル、酸濃度、および液体状態分極を保証するために、その初期位置から最終位置まで完全に変位させることが望ましい。流体経路システムはまた、費用効率が高く効率的な方法で、材料の溶解および輸送中に無菌性を維持すべきである。   Accordingly, there is a need for a fluid pathway system that can rapidly and completely dissolve frozen hyperpolarized material. It is also desirable that the dissolved material be completely displaced from its initial position to its final position to ensure proper pH level, acid concentration, and liquid state polarization in the injectable solution. The fluid pathway system should also maintain sterility during material dissolution and transport in a cost-effective and efficient manner.

本発明は、流体経路システム中の凍結製剤の溶解および輸送用装置および方法を提供することによって、上記欠点を解消する。流体経路システムは、凍結過分極材料の急速および完全な溶解を行い、使用するために(例えば、患者内への注入のために)得られた過分極溶液を分極器システム内のその初期位置から分極器システム外側の最終位置まで輸送する。   The present invention overcomes the above disadvantages by providing an apparatus and method for lysing and transporting a frozen formulation in a fluid pathway system. The fluid pathway system performs rapid and complete dissolution of the frozen hyperpolarized material and removes the resulting hyperpolarized solution from its initial position in the polariser system for use (eg, for infusion into a patient). Transport to final position outside the polariser system.

本発明の一態様によると、流体経路システムは、中に凍結製剤を入れた水薬瓶と、水薬瓶と流体連通する出力端部および溶解媒体を入れた圧力容器に取り付けられた入力端部を有する溶解流体経路と、溶解した製剤および溶解媒体の混合物をそこから輸送するように水薬瓶に気密に取り付けられた第1の端部を有する運搬流体経路とを備えている。流体経路システムはまた、混合物を受けるように運搬流体経路の第2の端部に連結された保持容器と、溶解媒体の流れを制御するように圧力容器と溶解流体経路との間に位置決めされた溶解流体経路バルブと、運搬流体経路から保持容器への混合物の流れを制御する運搬流体経路バルブとを備えている。   According to one aspect of the present invention, a fluid pathway system includes a vial with a frozen formulation therein, an output end in fluid communication with the vial and an input end attached to a pressure vessel containing a dissolution medium. And a delivery fluid path having a first end airtightly attached to the vial to transport a mixture of the dissolved formulation and dissolution medium therefrom. A fluid path system is also positioned between the holding container coupled to the second end of the transport fluid path to receive the mixture and the pressure container and the dissolution fluid path to control the flow of the dissolution medium. A dissolving fluid path valve and a conveying fluid path valve for controlling the flow of the mixture from the conveying fluid path to the holding vessel.

本発明の別の態様によると、磁気共鳴(MR)画像化で使用される材料を分極する分極器システムは、超低温に過分極される材料を冷却する超低温冷却システムと、磁界を作り出し、材料を過分極化するように超低温冷却システムの周りに位置決めされた超電導磁石とを備えている。分極器システムはまた、過分極材料を溶解し運ぶ流体運搬システムを備えている。流体運搬システムはさらに、中に過分極される材料を入れた試料容器と、中に溶解媒体を入れた注射器と、そこを通して溶解媒体を受け輸送するように注射器に連結された内側管とを備えており、内側管は、溶解媒体および過分極材料が流体接触する内部容量を有する試料容器と流体連通している。流体運搬システムはまた、溶解媒体および溶解した過分極材料からなる試料容器から過分極溶液を運ぶように、試料容器に気密に連結された外側管を備えている。   According to another aspect of the present invention, a polariser system that polarizes a material used in magnetic resonance (MR) imaging creates a magnetic field and creates a magnetic field by cooling the material that is hyperpolarized to a cryogenic temperature. And a superconducting magnet positioned around the cryogenic cooling system for hyperpolarization. The polariser system also includes a fluid delivery system that dissolves and carries the hyperpolarized material. The fluid delivery system further comprises a sample container having a material to be hyperpolarized therein, a syringe having a dissolution medium therein, and an inner tube coupled to the syringe for receiving and transporting the dissolution medium therethrough. The inner tube is in fluid communication with a sample container having an internal volume in which the dissolution medium and the hyperpolarized material are in fluid contact. The fluid delivery system also includes an outer tube that is hermetically coupled to the sample container to carry the hyperpolarized solution from the sample container consisting of the dissolution medium and the dissolved hyperpolarized material.

本発明のさらに別の態様によると、流体経路システムを製造する方法は、中に過分極される固体材料を入れた水薬瓶に対して外側管の第1の端部を気密に密封するステップと、外側管内に内側管を位置決めするステップとを含んでおり、内側管は水薬瓶の内部容量と流体連通する出力端部を有する。この方法はまた、中に溶解媒体を有する注射器を内側管の入力端部に連結させるステップと、中に過分極溶液を受けるように外側管の第2の端部に保持容器を連結させるステップとを含んでおり、過分極溶液は溶解媒体および溶解した過分極材料からなっている。   According to yet another aspect of the present invention, a method of manufacturing a fluid path system hermetically seals a first end of an outer tube against a vial containing a solid material that is hyperpolarized therein. And positioning the inner tube within the outer tube, the inner tube having an output end in fluid communication with the interior volume of the vial. The method also includes connecting a syringe having a dissolution medium therein to the input end of the inner tube and connecting a holding container to the second end of the outer tube to receive the hyperpolarized solution therein. The hyperpolarized solution comprises a dissolution medium and a dissolved hyperpolarized material.

本発明の様々な特性および利点は、以下の詳細な説明および図面から明らかになるだろう。   Various features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description and drawings.

図面は、本発明を実施するために現時点で考えられる実施形態を示している。   The drawings illustrate embodiments presently contemplated for carrying out the invention.

図1を参照すると、凍結製剤の溶解および輸送のための流体経路システム10(すなわち、流体運搬システム)が示されている。一実施形態では、この凍結製剤は、磁気共鳴画像化(MRI)およびNMR分光法で造影剤として使用される、固体過分極材料の試料12である。例えば、試料12は13C1−ピルビン酸塩からなっている可能性があるが、他の造影剤も可能である。流体経路システム10は、注入可能な溶液を調整し、患者に運ぶための臨床的設定で使用される場合に、医療グレード材料で作ることができる。このような材料は知られており、普通は浸出性(leachable)および安定性に関して有効品質のプラスチックである。流体経路システム10の材料はさらに、製品および環境(超低温および過熱温度と、高圧)に適合するようにその熱的、機械的および化学的性状に基づき選択される。流体経路システム10は、試料および得られる溶液に無菌バリアを提供するように設計されており、その中の全てのアセンブリおよび部品はユーザが意図せずバリアを破断しないように設計されている。さらに、流体経路システム10は使い捨て部品(すなわち、単一使用)として作ることができるが、完全にまたは部分的に再利用することもできると考えられる。単一使用の流体経路システムは、無菌性および患者の安全性を最大に提供することを保証する。 Referring to FIG. 1, a fluid pathway system 10 (ie, a fluid delivery system) for lysing and transporting a frozen formulation is shown. In one embodiment, the frozen formulation is a sample 12 of solid hyperpolarized material that is used as a contrast agent in magnetic resonance imaging (MRI) and NMR spectroscopy. For example, sample 12 may consist of 13 C1-pyruvate, but other contrast agents are possible. The fluid pathway system 10 can be made of medical grade material when used in a clinical setting to condition and deliver an injectable solution to a patient. Such materials are known and are usually plastics of effective quality with respect to leachable and stability. The material of the fluid path system 10 is further selected based on its thermal, mechanical and chemical properties to be compatible with the product and environment (ultra-low and superheat temperatures and high pressure). The fluid pathway system 10 is designed to provide a sterility barrier to the sample and the resulting solution, and all assemblies and components therein are designed to prevent the barrier from being unintentionally broken by the user. Further, although the fluid pathway system 10 can be made as a disposable part (ie, a single use), it is believed that it can be fully or partially reused. A single use fluid path system ensures maximum sterility and patient safety.

流体経路システム10は、試料12を過分極化する装置14と一体化される。分極装置14は、装置の内部構成部品を囲む真空チャンバ16によって部分的に形成される。試料12を過分極化させるように共に働く、13C1−ピルビン酸塩の試料を超低温冷却するシステム18、および超電導磁石20が真空チャンバ16内に位置決めされている。図1の実施形態では、超低温冷却システム18は、超低温に冷却されたチャンバを形成するように容器24内に格納された液体ヘリウム槽22を備えている。試料12は液体ヘリウム槽22内に浸漬され、約3.5テスラの磁界が超電導磁石20によって生成されて、試料12を過分極化する状態を提供する。適当な周波数でのマイクロ波照射が、マイクロ波放射源(図示せず)によって行われて、動的核分極(DNP)によって固体試料12を分極化する。 The fluid path system 10 is integrated with a device 14 that hyperpolarizes the sample 12. The polarization device 14 is formed in part by a vacuum chamber 16 that surrounds the internal components of the device. Positioned in the vacuum chamber 16 is a system 18 that cryogenically cools a sample of 13 C1-pyruvate, which works together to hyperpolarize the sample 12, and a superconducting magnet 20. In the embodiment of FIG. 1, the cryogenic cooling system 18 includes a liquid helium bath 22 stored in a container 24 to form a chamber that is cooled to cryogenic temperatures. Sample 12 is immersed in liquid helium bath 22 and a magnetic field of approximately 3.5 Tesla is generated by superconducting magnet 20 to provide a condition for hyperpolarizing sample 12. Microwave irradiation at an appropriate frequency is performed by a microwave radiation source (not shown) to polarize the solid sample 12 by dynamic nuclear polarization (DNP).

流体経路システム10の一部は、分極装置14の真空チャンバ16内に下向きに延びている。真空チャンバ16内で真空を維持するために、摺動シール26が、真空チャンバ16で接合点またはインターフェイスを形成する流体経路システム10のその部分の周りに位置決めされている。摺動シール26は、真空チャンバ16および容器24との気密シールをさらに形成しながら、必要に応じて流体通路システム10に沿って摺動するように構成されている。したがって、試料12を過分極化する分極装置14内で望ましい真空状態は、摺動シール26により保持される。また、外側管44に取り付けられた蛇腹(図示せず)などの、または分極装置14および液体ヘリウム槽22内に入る場合にこれを通して水薬瓶28が通過することができるエアロック/アンテチャンバ(図示せず)により、低い漏洩速度でチャンバ16および容器24への真空連結を保証する他の手段を実施することができることが考えられる。   A portion of the fluid path system 10 extends downward into the vacuum chamber 16 of the polarization device 14. To maintain a vacuum within the vacuum chamber 16, a sliding seal 26 is positioned around that portion of the fluid path system 10 that forms a junction or interface in the vacuum chamber 16. The sliding seal 26 is configured to slide along the fluid path system 10 as needed while further forming an airtight seal with the vacuum chamber 16 and the container 24. Therefore, the desired vacuum state is maintained by the sliding seal 26 in the polarization device 14 that hyperpolarizes the sample 12. Also, an airlock / ante chamber (such as a bellows (not shown) attached to the outer tube 44) or through which the vial 28 can pass when entering the polarization device 14 and the liquid helium bath 22. It is contemplated that other means of ensuring a vacuum connection to chamber 16 and vessel 24 at a low leakage rate can be implemented.

分極器システム14内に位置決めされた試料12は、試料、および試料12を溶解するのに使用することができる他の普通に使用される溶剤または溶液に対して反応しない材料で形成された水薬瓶28(すなわち、試料容器)内に入れられている。水薬瓶28は、ガラス、または試料12または溶解媒体と反応しない別の適切な材料で形成することができる。水薬瓶28が導電性材料で構成される場合、DNPおよび任意選択で核磁気共鳴(NMR)検出用のマイクロ波の運搬に注意を払わなければならない。特定の量または用量の試料12が水薬瓶28内に含まれて、溶解媒体溶液と混合され、最終的に患者に注入される。普通、この量/用量の試料12は約2mlの容量であるが、正確な量は公認保健機関によって測定される。水薬瓶28は、その中に含まれた試料12の量が水薬瓶28の内部容量30の一部だけを満たすような寸法をしており、凍結試料12は水薬瓶28の底部に位置決めされている。また、例えば試料製品の中空シリンダを形成するように、水薬瓶の壁面をコーティングすることなど、試料12を水薬瓶28内の他の位置内で凍結させることが考えられる。   The sample 12 positioned in the polariser system 14 is a liquid medicine formed of the sample and other commonly used solvents or materials that do not react to the solution that can be used to dissolve the sample 12. It is contained in a bottle 28 (ie, a sample container). The vial 28 can be formed of glass or another suitable material that does not react with the sample 12 or dissolution medium. When the vial 28 is made of a conductive material, care must be taken in carrying the DNP and optionally microwaves for nuclear magnetic resonance (NMR) detection. A specific amount or dose of sample 12 is contained in the vial 28, mixed with the dissolution medium solution, and finally injected into the patient. Usually, this amount / dose of sample 12 is approximately 2 ml in volume, but the exact amount is measured by a recognized health agency. The vial 19 is dimensioned so that the amount of the sample 12 contained therein fills only a part of the internal volume 30 of the vial 28, and the frozen sample 12 is placed at the bottom of the vial 28. It is positioned. It is also conceivable to freeze the sample 12 in other positions in the vial 28, for example, by coating the wall of the vial, so as to form a hollow cylinder of the sample product.

水薬瓶28は、真空チャンバ16内に下向きに延びる流体経路システム10の一部として含まれている。実際、流体経路システム10を使用して、水溶液により超低温凍結試料12を溶解させ、この溶解した試料を真空チャンバ16から所望の端部位置まで輸送し、ここで患者に注入される。水薬瓶28内で試料12を溶解させるように水溶液を提供するために、圧力容器32が流体経路システム10内に含まれる。一実施形態では、圧力容器は、流体経路システム10内に溶解媒体34(すなわち、緩衝溶液)を注入するように力を生成するモータ式または空気圧式注射器の形であってもよい注射器32である。その中の溶解媒体34は、これと混合される場合に超低温凍結試料12を溶融および溶解する過熱状態にある。その構成によって、溶解媒体34を、圧力チャンバ(図示せず)または他の適切な加熱装置内で最大約150℃の温度まで加熱することができる。溶解媒体34は、ピルビン酸、およびおそらくイオンキレート剤(例えば、EDTA)を中和するために、水酸化ナトリウムなどの塩基溶剤を含んでいる。溶解媒体34はまたその中に、普通はTRISなどの緩衝塩の形である緩衝剤を含んでいるが、他の知られている緩衝塩も使用することができる。上に挙げた溶解媒体34は、水酸化ナトリウム、EDTA、およびTRISからなっていると記載されているが、水または他の溶液を代わりに使用することができることも考えられる。   A vial 28 is included as part of the fluid path system 10 that extends downward into the vacuum chamber 16. In fact, fluid path system 10 is used to lyse cryogenic frozen sample 12 with an aqueous solution and transport the lysed sample from vacuum chamber 16 to the desired end location where it is injected into the patient. A pressure vessel 32 is included in the fluid path system 10 to provide an aqueous solution to dissolve the sample 12 within the vial 28. In one embodiment, the pressure vessel is a syringe 32 that may be in the form of a motorized or pneumatic syringe that generates a force to inject a dissolution medium 34 (ie, a buffer solution) into the fluid pathway system 10. . The dissolution medium 34 therein is in a superheated state that melts and dissolves the cryogenic frozen sample 12 when mixed with it. Depending on the configuration, dissolution medium 34 may be heated to a temperature of up to about 150 ° C. in a pressure chamber (not shown) or other suitable heating device. The dissolution medium 34 includes a basic solvent such as sodium hydroxide to neutralize pyruvic acid and possibly an ion chelator (eg, EDTA). The dissolution medium 34 also contains therein a buffer, usually in the form of a buffer salt such as TRIS, although other known buffer salts can be used. Although the dissolution medium 34 listed above is described as consisting of sodium hydroxide, EDTA, and TRIS, it is contemplated that water or other solutions could be used instead.

注射器32と試料12を入れた水薬瓶28の間に流体経路を形成する溶解流体経路36(すなわち、内側管)が、注射器32に取り付けられている。内側管36の入力端部38は、密封して注射器32に連結する。また、内側管36内に配置された溶解流体経路バルブ40が、内側管36の入力端部38の近くに、また注射器32に隣接して位置決めされている。この内側管バルブ40は、注射器32から内側管36内への溶解媒体34の流体流を制御するように働き、試料12を溶解させ、得られた過分極溶液のpHを調整するように、測定した量の溶解媒体34を流体経路システム10内に注入することが可能になる。内側管36の出力端部42は、水薬瓶28の内部容量30内に下向きに延びており、したがって、これと流体連通する。内側管36は、溶解媒体34内の温度を維持し、内側管36を通して水薬瓶28内で下に通過するときに、そこからの熱エネルギーの損失を最小限に抑えるように、低い熱伝導率を有する材料でできていることが好ましい。実際、内側管36は溶解媒体34を加熱状態で注射器32から水薬瓶28内に下向きに運搬する。水薬瓶28の内部容量30では、加熱した溶解媒体34は凍結試料12と接触する。溶解媒体34は試料12全体を溶解させて、過分極溶液を形成する混合物を形成する。得られた過分極溶液は、公認保健機関によって認められたように、患者に直接注入することができる静脈注射溶液の形である。   A dissolved fluid path 36 (ie, an inner tube) is attached to the syringe 32 that forms a fluid path between the syringe 32 and the vial 28 containing the sample 12. The input end 38 of the inner tube 36 is sealed and connected to the syringe 32. A dissolved fluid pathway valve 40 disposed within the inner tube 36 is positioned near the input end 38 of the inner tube 36 and adjacent to the syringe 32. This inner tube valve 40 serves to control the fluid flow of the dissolution medium 34 from the syringe 32 into the inner tube 36, so as to dissolve the sample 12 and adjust the pH of the resulting hyperpolarized solution. An amount of dissolution medium 34 can be injected into the fluid path system 10. The output end 42 of the inner tube 36 extends downward into the internal volume 30 of the vial 28 and is therefore in fluid communication therewith. The inner tube 36 maintains a temperature in the dissolution medium 34 and has a low thermal conductivity so as to minimize the loss of heat energy therefrom as it passes down through the inner tube 36 in the vial 28. Preferably, it is made of a material having a rate. Indeed, the inner tube 36 carries the dissolution medium 34 downward from the syringe 32 into the vial 28 in a heated state. In the internal volume 30 of the liquid vial 28, the heated dissolution medium 34 comes into contact with the frozen sample 12. The dissolution medium 34 dissolves the entire sample 12 to form a mixture that forms a hyperpolarized solution. The resulting hyperpolarized solution is in the form of an intravenous solution that can be injected directly into the patient, as recognized by the recognized health authorities.

運搬流体経路44(すなわち、外側管)はまた、個別の流体経路を内側管36から作り出すように流体経路システム10内に含まれている。一実施形態では、また図1に示すように、内側管36は外側管44内に位置決めされるが、両方が水薬瓶28に連結されている場合に、管36と44の間の横並びの構成などの他の配置を実施することができることも考えられる。外側管44はまた低伝導性材料からなっており、材料は、内側管36と外側管44の間だけではなく、外側管44と真空チャンバ16の周囲環境の間の熱伝達を防ぐように内側管36と異なる熱伝導率、および液体ヘリウム槽22により中に存在する低温を有することが好ましい。外側管44の第1の端部46は、漏洩がないその間の流体連結を形成するように、水薬瓶28に気密に密封されている。上に記したように、過分極溶液は溶解媒体34および溶解した試料12から形成され、水薬瓶28の内部容量30内に入れられる。より多くの溶解媒体34が試料12を溶解するように内側管36内に、また水薬瓶28内に下側に注入されるにつれて、過分極溶液の量が増加し、水薬瓶28から押し出される。過分極溶液はしたがって、外側管44内に流れて、過分極溶液の運搬のために外側流体経路を形成する。過分極溶液は、外側管44を通して、次第に外側管44の第2の端部50に取り付けられた受入容器55(すなわち、フラスコ)内に流れ、ここで所望量の過分極溶液が作り出されるまで収集する。外側管44は、フラスコ55に一体的に結合させる、またはその上に別に嵌合させることができ、またフラスコ55内に入る第2の端部50にノズル(図示せず)を備えることができる。   A transport fluid path 44 (ie, outer tube) is also included in the fluid path system 10 to create a separate fluid path from the inner tube 36. In one embodiment, and as shown in FIG. 1, the inner tube 36 is positioned within the outer tube 44, but when both are connected to the vial 28, the side-by-side tubes 36 and 44 are side-by-side. It is also conceivable that other arrangements such as configurations can be implemented. The outer tube 44 is also made of a low conductivity material that is not only between the inner tube 36 and the outer tube 44 but also on the inner side to prevent heat transfer between the outer tube 44 and the ambient environment of the vacuum chamber 16. It is preferable to have a different thermal conductivity than the tube 36 and the low temperature present therein by the liquid helium bath 22. The first end 46 of the outer tube 44 is hermetically sealed to the vial 28 so as to form a fluid connection therebetween without leakage. As noted above, the hyperpolarized solution is formed from the dissolution medium 34 and the dissolved sample 12 and placed in the internal volume 30 of the vial 28. As more dissolution medium 34 is injected into the inner tube 36 and down into the vial 28 to dissolve the sample 12, the amount of hyperpolarized solution increases and is pushed out of the vial 28. It is. The hyperpolarized solution thus flows into the outer tube 44 and forms an outer fluid path for the transport of the hyperpolarized solution. The hyperpolarized solution flows through the outer tube 44 and gradually into a receiving vessel 55 (ie, flask) attached to the second end 50 of the outer tube 44, where it is collected until the desired amount of hyperpolarized solution is created. To do. The outer tube 44 can be integrally coupled to or separately fitted onto the flask 55 and can include a nozzle (not shown) at the second end 50 that enters the flask 55. .

水薬瓶28とフラスコ55の間の過分極溶液の流れを調整するために、運搬流体経路バルブ52が外側管44内に配置される。一実施形態では、この外側管バルブ52は注射器32の近くに位置決めされる。外側管バルブ52は使い捨てであり、必要に応じて流体経路システム10内で交換することができる。また、過分極溶液、およびおそらく試料12を過分極化するように加えることができる他の処理剤から電子常磁性剤(EPA)を取り除くフィルタカートリッジ54が、外側管44内に含まれる。EPAフィルタカートリッジ54は、EPAを過分極溶液から取り除いて、注入するために適切にする。さらに、EPAフィルタカートリッジは、過分極溶液を患者に注入するのにより適切なより低い温度まで冷却させるように、放熱板として働くことができる。   In order to regulate the flow of the hyperpolarized solution between the vial 28 and the flask 55, a transport fluid path valve 52 is disposed in the outer tube 44. In one embodiment, the outer tube valve 52 is positioned near the syringe 32. The outer tube valve 52 is disposable and can be replaced in the fluid pathway system 10 as needed. Also included in the outer tube 44 is a filter cartridge 54 that removes the electron paramagnetic agent (EPA) from the hyperpolarizing solution and possibly other processing agents that can be added to hyperpolarize the sample 12. The EPA filter cartridge 54 is suitable for removing and injecting EPA from the hyperpolarized solution. In addition, the EPA filter cartridge can act as a heat sink to cool the hyperpolarized solution to a lower temperature that is more appropriate for injecting the patient.

EPAフィルタカートリッジ54を通過した後に、過分極溶液は外側管44を通して、任意選択で保持容器48内に通過し、ここで溶液を混合するために短い時間保持することができ、自動品質制御検査を必要に応じて行うことができる。一実施形態では、過分極溶液のさらなる冷却は、中の圧力を小さくすることによって、および/または室温である注入用の水の量(例えば、10ml)で溶液を希釈することによって保持溶器48内で行うことができる。水は、容器48内に既に存在する可能性がある、または過分極溶液の蓄積の際にこれに加えることができる。圧力減少、および水の追加により、得られる過分極溶液の温度を約80℃から50℃にする必要なさらなる冷却が行われるが、溶液の温度はこれらの方法により注入に適切な温度点(例えば、〜38℃)までさらに下げることができることが考えられる。   After passing through the EPA filter cartridge 54, the hyperpolarized solution can optionally pass through the outer tube 44 and into the holding vessel 48 where it can be held for a short time to mix the solution, allowing automatic quality control inspection. Can be done as needed. In one embodiment, further cooling of the hyperpolarized solution can be achieved by reducing the pressure in and / or by diluting the solution with an amount of water for injection (eg, 10 ml) that is at room temperature. Can be done within. Water may already be present in the container 48 or can be added to it during the accumulation of the hyperpolarized solution. The pressure reduction, and the addition of water, provides the necessary further cooling to bring the temperature of the resulting hyperpolarized solution from about 80 ° C. to 50 ° C., but the temperature of the solution is determined by these methods at a temperature point appropriate for injection (eg, It is conceivable that the temperature can be further reduced to ˜38 ° C.).

過分極溶液の混合および冷却後、溶液は保持容器48から押し出され、患者への最終注入の前に、受入容器55(すなわち、フラスコ)まで外側管44の下に移動する。患者への溶液の注入のために、38℃に設定された温度閾値まで(必要に応じて)過分極溶液をさらに冷却するように、熱交換器を保持容器48とフラスコ55の間で外側管44に連結させることができることが考えられる。上に記したように、過分極溶液の温度は保持容器48から出る場合に50℃の範囲内であってもよい。過分極溶液が短い期間の間(例えば、約1分間)だけ過分極状態にあるので、熱交換器57により急速かつ効率的な方法での溶液のさらなる冷却が可能になる。熱交換器57は、そこから大量の熱をさらに除去しながら、溶液を最小の期間で(すなわち、高い流れ能力を有する)熱交換器57を通過させることを可能にするように、銅などの優れた熱伝導性を有する材料の一部として構成される。銅は所望の熱伝達性を提供するが、無菌性、または液体状態分極にも適合しない。このように、過分極溶液と接触する熱交換器57内の銅表面は金めっきされて、より無菌性があり非反応性流体経路を形成する。注入可能な過分極溶液に関連する無菌性要件をさらに満たすためには、熱交換器57はまた洗浄のために容易に分解されるように設計され、熱交換器内の全ての構成部品および区画にアクセス可能である。このように、熱交換器57は、容易な組立ておよび分解に対応するように2つの取外し可能な半分に、またはいくつかの他の同様な構成に形成することができる。また、熱交換器57は流体経路システム10の残りと共に単一使用の使い捨て部分であることが考えられる。熱交換器57はまた、過分極溶液がそこを通過するときに溶液の損失を最小限に抑えるように捕捉される可能性がある終端または他の領域がない。上に記すように、熱交換器57は任意選択であってもよく、流体経路システム10内への含有は注射器32内の溶解媒体の温度、およびシステム内の他の構成部品の熱質量による。   After mixing and cooling the hyperpolarized solution, the solution is pushed out of the holding vessel 48 and travels under the outer tube 44 to the receiving vessel 55 (ie, flask) prior to final injection into the patient. A heat exchanger is placed between the holding vessel 48 and the flask 55 in the outer tube so as to further cool the hyperpolarized solution (if necessary) to a temperature threshold set at 38 ° C. for injection of the solution into the patient. 44 can be connected. As noted above, the temperature of the hyperpolarized solution may be in the range of 50 ° C. when exiting the holding vessel 48. Because the hyperpolarized solution is in a hyperpolarized state for a short period of time (eg, about 1 minute), the heat exchanger 57 allows further cooling of the solution in a rapid and efficient manner. The heat exchanger 57, such as copper, allows the solution to pass through the heat exchanger 57 with a minimum period of time (ie, having a high flow capacity) while further removing a large amount of heat therefrom. Configured as part of a material with excellent thermal conductivity. Copper provides the desired heat transfer properties, but is not compatible with sterility or liquid state polarization. Thus, the copper surface in the heat exchanger 57 that contacts the hyperpolarized solution is gold plated to form a more sterile and non-reactive fluid pathway. To further meet the sterility requirements associated with injectable hyperpolarized solutions, heat exchanger 57 is also designed to be easily disassembled for cleaning, and all components and compartments within the heat exchanger Is accessible. In this manner, the heat exchanger 57 can be formed in two removable halves or in some other similar configuration to accommodate easy assembly and disassembly. It is also contemplated that the heat exchanger 57 is a single use disposable part with the rest of the fluid path system 10. The heat exchanger 57 is also free of terminations or other areas that may be trapped to minimize loss of solution as the hyperpolarized solution passes through it. As noted above, heat exchanger 57 may be optional, and inclusion in fluid pathway system 10 depends on the temperature of the dissolution medium in syringe 32 and the thermal mass of other components in the system.

熱交換器57から出る際に、過分極溶液は外側管44の下に、追加の無菌フィルタ59を通して通過することができることが考えられる。フィルタ59は、過分極溶液の殺菌をさらに保証するように流体経路システム10に任意選択で追加することができるが、流体経路システム10はフィルタ59を含むことなく殺菌システムとして設計されていることが分かる。フィルタ59は、膜および/または樹脂から構成することができ、当技術分野で知られており、静脈注射用溶液および注入可能な薬物の無菌濾過に使用されるようなフィルタの形をとることができる。フィルタ59から出た後に、溶液はその後フラスコ55内に通過する。追加の溶解媒体または注入用の水は、所望の温度、濃度、および/またはpHレベルを作り出すのに必要なように過分極溶液と混合するように、フラスコ55に加えることができる(または、フラスコ内に既に存在する可能性がある)。フラスコ55内の過分極溶液の温度、濃度、およびpHはその後、38℃の閾値温度で、またはその下で、また患者に注入するのに適切なpHおよび濃度であることを保証するように、操作者によって測定することができる。   Upon exiting the heat exchanger 57, it is contemplated that the hyperpolarized solution can pass through the additional sterile filter 59 under the outer tube 44. A filter 59 can optionally be added to the fluid path system 10 to further ensure sterilization of the hyperpolarized solution, although the fluid path system 10 may be designed as a sterilization system without the filter 59. I understand. The filter 59 can be composed of a membrane and / or resin and is known in the art and can take the form of a filter as used for sterile filtration of intravenous solutions and injectable drugs. it can. After exiting filter 59, the solution then passes into flask 55. Additional dissolution medium or water for injection can be added to flask 55 (or flask) to mix with the hyperpolarized solution as necessary to create the desired temperature, concentration, and / or pH level. May already exist within). To ensure that the temperature, concentration, and pH of the hyperpolarized solution in flask 55 are then at a pH and concentration appropriate for infusion at or below the threshold temperature of 38 ° C. and to the patient, It can be measured by the operator.

上に記載したように、流体通路システム10内への熱交換器57およびフィルタ59の含有は任意である。また、保持容器48も任意であり、流体経路システム10は所望の温度を有する過分極溶液を受入容器/フラスコ55に直接与えるように設計されている、または保持容器48の機能をフラスコ55内で実施することができることが考えられる。   As described above, inclusion of heat exchanger 57 and filter 59 in fluid passage system 10 is optional. A holding vessel 48 is also optional, and the fluid path system 10 is designed to provide a hyperpolarized solution having a desired temperature directly to the receiving vessel / flask 55 or the function of the holding vessel 48 within the flask 55. It is conceivable that it can be implemented.

流体経路システム10内での試料12の溶解を助けるように、ノズル56が内側管36の出力端部42に位置決めされ、水薬瓶28内に少なくとも部分的に位置決めされる。図2に示すように、ノズル56は水薬瓶28内で、過分極試料12に近接して位置決めされ、それによって、溶解媒体34がノズル56から出る場合に、試料12と直接接触する。ノズル56は、試料12を完全および効率的に溶解させるのに必要であり、その後、その得られた過分極溶液を水薬瓶28から外側管44内に、次第に保持容器48およびフラスコ55に押し込む溶解媒体34内で流体流特徴を作り出すのを助ける。   A nozzle 56 is positioned at the output end 42 of the inner tube 36 and at least partially positioned in the vial 28 to assist dissolution of the sample 12 within the fluid path system 10. As shown in FIG. 2, the nozzle 56 is positioned in the vial 28 adjacent to the hyperpolarized sample 12 so that it directly contacts the sample 12 as the dissolution medium 34 exits the nozzle 56. The nozzle 56 is necessary to completely and efficiently dissolve the sample 12, and then the resulting hyperpolarized solution is pushed from the vial 28 into the outer tube 44 and gradually into the holding container 48 and the flask 55. Helps create fluid flow characteristics within the dissolution medium 34.

ノズル56構成および配置に関するいくつかの要因は、過分極試料12の溶解に影響を与える。すなわち、ノズル56は、試料12の溶解のために所望の流体流特徴を作り出すノズル直径58および深さ60を有するように設計することができ、資料12から選択した距離62に配置することができる。一実施形態では、ノズル直径58は0.9mmであり、1.83mmの外径を有する内側管36に取り付けられることが考えられている。内側管36は、水薬瓶28に気密に密封するように形成された外側管44内に位置決めされており、外側管44は2.69mmの内径を有する。ノズル56はまた、1〜3mmの深さ60を有する。上に記載した直径の測定により、約1.6の流れ面積比につながる。このような比率は、上で選択したノズル深さと共に、試料12を溶解し、水薬瓶28から溶解媒体および溶解した試料(すなわち、過分極溶液)の混合物を押し出すための、溶解媒体34の望ましい流体流につながる。   Several factors regarding nozzle 56 configuration and placement affect the dissolution of the hyperpolarized sample 12. That is, the nozzle 56 can be designed to have a nozzle diameter 58 and depth 60 that creates the desired fluid flow characteristics for dissolution of the sample 12 and can be located at a selected distance 62 from the material 12. . In one embodiment, the nozzle diameter 58 is 0.9 mm and is contemplated to be attached to the inner tube 36 having an outer diameter of 1.83 mm. The inner tube 36 is positioned within an outer tube 44 that is hermetically sealed to the vial 28, and the outer tube 44 has an inner diameter of 2.69 mm. The nozzle 56 also has a depth 60 of 1-3 mm. The diameter measurement described above leads to a flow area ratio of about 1.6. Such a ratio, together with the nozzle depth selected above, dissolves the sample 12 and causes the dissolution medium 34 to push the mixture of dissolution medium and dissolved sample (ie, hyperpolarized solution) out of the vial 28. Leads to the desired fluid flow.

試料12と比較してノズル56の配置はまた、溶解効率に影響を与える。凍結試料12の表面64とノズル56の間の距離62(すなわち、「スタンドオフ」)は、溶解効率に影響を与えるだけでなく、凍結試料12のセグメントがノズル56および内側管36を破断し詰まらせず、それによって流体経路システム10内の流体流が遮断されないことを保証することが重要である。すなわち、ノズル56が試料12の表面64のあまり近くに配置されると、試料12は溶解媒体34がそこを通して注入される前に、溶融および再凍結してノズル56を塞ぐ可能性がある。一実施形態では、スタンドオフ62は5mmに設定され、上記ノズル寸法と組み合わされる。スタンドオフ測定およびノズル寸法のこのような組合せは、過分極試料12の溶解が所望の方法で達成される1つの特定の構成を提供する。特定の測定がノズル直径58および深さ60に、またノズル56と試料表面64の間のスタンドオフ62に対して行われたが、他の適切な測定値および流れ面積比も実施することができることが考えられる。正確な値(すなわち、測定および距離)は、流体経路システム10を設計することが、溶解媒体34の温度、溶解媒体34の圧力、および過分極試料12の量の値の少なくとも1つに基づく場合にこれらの特徴により決まる。スタンドオフ距離62はまた、ノズル直径58によって部分的に決めることができる。正確な流体流特徴/比率および所望のスタンドオフは、少なくとも部分的に、これらの要因による。   Compared to the sample 12, the arrangement of the nozzle 56 also affects the dissolution efficiency. The distance 62 (ie, “standoff”) between the surface 64 of the frozen sample 12 and the nozzle 56 not only affects lysis efficiency, but the segment of the frozen sample 12 breaks the nozzle 56 and inner tube 36 and becomes clogged. It is important to ensure that the fluid flow in the fluid path system 10 is not blocked. That is, if the nozzle 56 is placed too close to the surface 64 of the sample 12, the sample 12 may melt and refreeze and block the nozzle 56 before the dissolution medium 34 is injected therethrough. In one embodiment, the standoff 62 is set to 5 mm and is combined with the nozzle dimensions. Such a combination of standoff measurement and nozzle dimensions provides one particular configuration in which dissolution of the hyperpolarized sample 12 is achieved in the desired manner. Although specific measurements were made at nozzle diameter 58 and depth 60 and on standoff 62 between nozzle 56 and sample surface 64, other suitable measurements and flow area ratios can also be made. Can be considered. The exact value (ie, measurement and distance) is determined when designing the fluid path system 10 is based on at least one of the values of the temperature of the dissolution medium 34, the pressure of the dissolution medium 34, and the amount of the hyperpolarized sample 12. It depends on these characteristics. The standoff distance 62 can also be determined in part by the nozzle diameter 58. The exact fluid flow characteristics / ratio and the desired standoff will depend at least in part on these factors.

ノズル56自体は、いくつかの方法で内側管36の第1の端部42に取り付けることができる。内側管36の出力端部42にノズル56を配置する1つの方法は、内側管36上に別の個別のノズル構成部品を配置するステップを含んでいる。ノズル56は、外側管44および水薬瓶28内の内側管36の挿入前に、内側管36上に配置される。ノズル56はまた、成形可能高分子材料からなっている、内側管材料から内側管36の出力端部42上に形成することができる。すなわち、ノズル56は内側管の高分子材料を流れる温度まで加熱することによって形成することができる。所望のノズル直径58と同じ外径を有する針(図示せず)は、内側管36の内側に挿入され、溶融する内側管の高分子材料は針に向かって流れる。冷却することが可能である場合に、特定の長さおよび直径を有するノズルまたはオリフィスが形成される。ノズル56の正確な直径58および深さ60はしたがって、内側管36内に挿入される針の構成によって測定することができ、ノズル56は流体経路システム10内で望ましい流体流特徴を提供するように形成することができる。   The nozzle 56 itself can be attached to the first end 42 of the inner tube 36 in several ways. One method of placing the nozzle 56 at the output end 42 of the inner tube 36 includes placing another individual nozzle component on the inner tube 36. The nozzle 56 is disposed on the inner tube 36 prior to insertion of the outer tube 44 and the inner tube 36 in the vial 28. The nozzle 56 can also be formed on the output end 42 of the inner tube 36 from an inner tube material made of a moldable polymeric material. That is, the nozzle 56 can be formed by heating the inner tube polymer material to a flowing temperature. A needle (not shown) having the same outer diameter as the desired nozzle diameter 58 is inserted inside the inner tube 36 and the polymer material of the inner tube to be melted flows toward the needle. When it is possible to cool, a nozzle or orifice having a specific length and diameter is formed. The exact diameter 58 and depth 60 of the nozzle 56 can thus be measured by the configuration of the needle inserted into the inner tube 36 so that the nozzle 56 provides the desired fluid flow characteristics within the fluid path system 10. Can be formed.

再び図1を参照すると、追加の処理剤68を含む容器66が、試料12の分極を助けるのに流体経路システム10内に含まれている。一実施形態では、容器66はガドリニウム溶液68を入れている。試料12の分極の前に、ガドリニウム溶液68は、試料12の過分極化を助け、改善するために、内側管36内に、および水薬瓶28内に下に注入される。すなわち、試料12が液体ヘリウム槽22によって超低温にされる前に、ガドリニウム溶液68は容器66から3方向便として構成された注射器バルブ40を通して放出され、容器66を加圧するのに使用されるヘリウムガスによって内側管36内に押し込まれる。ガドリニウム溶液68は、ヘリウムガス圧力によって内側管36を通して下に押され、水薬瓶28内に入って試料12と混合する。水薬瓶28内に存在するヘリウムガス雰囲気は、ガドリニウム溶液68およびピルビン酸塩試料12の混合を覆って、適切な混合が生じることが可能になる。あらゆる過剰な気体容量は、保持容器48内の通気ポート70などの、流体経路システム10内に存在する通気ポートを通して押される。ガドリニウム溶液68および試料12の適切な混合の際に、調整した試料は上に記載したように、液体ヘリウム槽22によって超低温にされ、過分極のために磁界に案内される。流体経路システム10内に容器66を包含させることは任意であり、化合物または材料がその分極の前に試料12に加えられる場合に必要なだけである。   Referring again to FIG. 1, a container 66 containing an additional processing agent 68 is included in the fluid path system 10 to assist in the polarization of the sample 12. In one embodiment, container 66 contains gadolinium solution 68. Prior to sample 12 polarization, gadolinium solution 68 is injected down into the inner tube 36 and into the vial 28 to help and improve the hyperpolarization of the sample 12. That is, the gadolinium solution 68 is released from the container 66 through the syringe valve 40 configured as a three-way stool and the helium gas used to pressurize the container 66 before the sample 12 is cryogenized by the liquid helium bath 22. To be pushed into the inner tube 36. The gadolinium solution 68 is pushed down through the inner tube 36 by the helium gas pressure and enters the vial 28 to mix with the sample 12. The helium gas atmosphere present in the vial 28 covers the mixing of the gadolinium solution 68 and the pyruvate sample 12 so that proper mixing can occur. Any excess gas volume is pushed through a vent port present in the fluid pathway system 10, such as a vent port 70 in the holding container 48. Upon proper mixing of the gadolinium solution 68 and the sample 12, the prepared sample is brought to a cryogenic temperature by the liquid helium bath 22, as described above, and guided to a magnetic field for hyperpolarization. Inclusion of the container 66 within the fluid path system 10 is optional and is only necessary if the compound or material is added to the sample 12 prior to its polarization.

次に図3を参照すると、流体経路システム10の別の実施形態は図では、過分極試料12を溶解させるためにシステム10に溶解媒体34を提供する二重注射器またはインジェクタ72、74を備えている。この2つの注射器配置は、そうでなければ可能なものより優れたpH調整が、例えば、試料12のpH、濾過、または安定性を調整する必要性により必要である場合に実施することができる。溶解媒体34は2つの部分に分解され、1つの部分は試料12のピルビン酸を中和するのに必要な塩基76の水溶液を含んでいる。溶解媒体34の第2の部分は、緩衝剤塩78(例えば、TRIS)の水溶液からなっている。2つの溶解媒体成分76、78は、2つのモータ式または空気圧式注射器72、74内に配置され、両方とも流体経路システム10の内側管36に連結されている。塩基76および緩衝塩78の少なくとも一方は、凍結過分極試料12の溶融および溶解を可能にするのに適当な温度まで加熱される。溶解過程が開始した場合、両方の注射器72、74はその内容物を内側管36内に分散させる。二重注射器72、74によって塩基76および水溶緩衝剤塩78の分散は、溶解媒体34中の塩基76の濃度を調整するように電子的に制御される。すなわち、緩衝剤塩78と混合するように内側管36内に注入される塩基76の量は、塩基76が試料12の溶解されたピルビン酸の化学量に連続的に一致されるように調整される。過分極試料12が完全に溶解されると、緩衝剤塩の水溶液を入れた注射器74だけが内側管36内に流体を分散させ続ける。水溶緩衝剤塩78はその後、ボーラス(すなわち、過分極溶液)を外側管44およびフィルタ54を通して、保持容器48内に推進させる。   Referring now to FIG. 3, another embodiment of the fluid pathway system 10 includes a dual syringe or injector 72, 74 that provides a lysis medium 34 to the system 10 for lysing the hyperpolarized sample 12. Yes. This two syringe arrangement can be implemented when a better pH adjustment than would otherwise be possible is needed due to the need to adjust the pH, filtration, or stability of the sample 12, for example. The dissolution medium 34 is broken down into two parts, one part containing an aqueous solution of the base 76 necessary to neutralize the pyruvic acid of the sample 12. The second portion of the dissolution medium 34 comprises an aqueous solution of buffer salt 78 (eg, TRIS). The two dissolution medium components 76, 78 are disposed in two motorized or pneumatic syringes 72, 74, both connected to the inner tube 36 of the fluid path system 10. At least one of base 76 and buffer salt 78 is heated to a suitable temperature to allow melting and lysis of frozen hyperpolarized sample 12. When the dissolution process begins, both syringes 72, 74 disperse their contents within the inner tube 36. The dispersion of base 76 and aqueous buffer salt 78 by double syringes 72, 74 is electronically controlled to adjust the concentration of base 76 in dissolution medium 34. That is, the amount of base 76 injected into the inner tube 36 to mix with the buffer salt 78 is adjusted so that the base 76 is continuously matched to the dissolved pyruvate stoichiometry of the sample 12. The When the hyperpolarized sample 12 is completely dissolved, only the syringe 74 containing the aqueous buffer salt solution continues to disperse the fluid within the inner tube 36. The aqueous buffer salt 78 then propels the bolus (ie, hyperpolarized solution) through the outer tube 44 and the filter 54 and into the holding container 48.

図4に示すように、フラスコ55の一実施形態では、フラスコはその入口ポートの上に嵌合されたゴム隔壁80を備えている。非金属材料からなっているスパイク82は、外側管44の第2の端部50に嵌合され、隔壁80を貫通して、過分極溶液を外側管44からフラスコ55まで伝達するように構成される。過分極溶液は、外側管44からスパイク82を通してフラスコ55内に押し込まれる。スパイク82は、所望量の過分極溶液がフラスコ55内に伝達された場合に、フラスコ55を流体経路システム10から容易および迅速に取り除くことが可能である。   As shown in FIG. 4, in one embodiment of flask 55, the flask includes a rubber septum 80 fitted over its inlet port. A spike 82 made of a non-metallic material is fitted to the second end 50 of the outer tube 44 and is configured to transmit the hyperpolarized solution from the outer tube 44 to the flask 55 through the septum 80. The The hyperpolarized solution is pushed from the outer tube 44 through the spike 82 and into the flask 55. The spike 82 can easily and quickly remove the flask 55 from the fluid path system 10 when a desired amount of hyperpolarized solution has been transferred into the flask 55.

図5に示すように、スパイク82は、1つの軸に沿った3.0mmのより大きい直径86、および別の軸に沿った0.3mmのより小さい直径88を有する楕円形の針84を備えている。再び図4を参照すると、円形の針と反対に切断状切開部の多くを備えた例えば約32mmの厚さを有する、楕円形に設計した針84は隔壁80を貫通し、それにより、その中への挿入中に隔壁80および針84上への力を減らす。1つの軸に沿った小さな直径を備えた楕円形の設計を有するが、針84の剛性は、隔壁80を通る挿入中にその上に加えられる力に耐える強度を与えるようなものである。さらに、針84は外側管44とフラスコ55の間の過分極溶液の流量に悪影響を与えないような寸法をしている。   As shown in FIG. 5, the spike 82 comprises an elliptical needle 84 having a larger diameter 86 of 3.0 mm along one axis and a smaller diameter 88 of 0.3 mm along another axis. ing. Referring again to FIG. 4, an elliptically designed needle 84 having a thickness of, for example, about 32 mm with many of the cut incisions opposite the circular needle penetrates the septum 80 and thereby therein Reduce the force on septum 80 and needle 84 during insertion. Although having an oval design with a small diameter along one axis, the stiffness of the needle 84 is such that it provides strength to withstand the forces applied thereon during insertion through the septum 80. Further, the needle 84 is dimensioned so as not to adversely affect the flow rate of the hyperpolarized solution between the outer tube 44 and the flask 55.

また、スパイク82の針84内に、流体経路90(図5に示す)、および外側管44とフラスコ55の間に流体連結を形成するように針84の長さに沿って垂直方向に間隔を置いて配置された流体経路孔92が含まれている。流体経路孔92は、溶液が孔92を通して押されるときに、過分極溶液を拡散させる噴霧ノズル/ジェットとして働くように設計されている。流体経路孔92の拡散により、溶液のより大きな部分が異なる方向に押されるときに、過分極溶液の均質化が改善される。拡散はまた、より大きな表面積の溶液が露出されて、患者に注入する前に過分極溶液温度の低下が可能になる。   Also, there is a vertical spacing along the length of the needle 84 to form a fluid path 90 (shown in FIG. 5) and a fluid connection between the outer tube 44 and the flask 55 within the needle 84 of the spike 82. A fluid path hole 92 positioned in place is included. The fluid path hole 92 is designed to act as a spray nozzle / jet that diffuses the hyperpolarized solution as the solution is pushed through the hole 92. The diffusion of the fluid path holes 92 improves the homogenization of the hyperpolarized solution when a larger portion of the solution is pushed in different directions. Diffusion also allows for a higher surface area solution to be exposed, allowing the hyperpolarized solution temperature to drop before being injected into the patient.

上に記載した流体経路システム10は図1に示すように内側管36および外側管44を備えているが、他の構成も実施することができることが考えられる。次に図6を参照すると、流体経路システム10は、平行配置で位置決めされた溶解流体経路36および運搬流体経路44を有するように構成されている。溶解流体経路は、試料12を溶解するように溶解媒体を注射器32から水薬瓶内に運ぶように、水薬瓶28と流体連通している。運搬流体経路は、溶解媒体34および溶解した試料12の混合物を水薬瓶から必要に応じてフラスコ55に運ばれる過分極溶液の形で運ぶように水薬瓶28に密封されている。   Although the fluid pathway system 10 described above includes an inner tube 36 and an outer tube 44 as shown in FIG. 1, it is contemplated that other configurations may be implemented. Referring now to FIG. 6, the fluid path system 10 is configured to have a dissolved fluid path 36 and a delivery fluid path 44 positioned in a parallel configuration. The dissolution fluid path is in fluid communication with the vial 28 to carry the dissolution medium from the syringe 32 and into the vial to dissolve the sample 12. The carrying fluid path is sealed to the vial 28 to carry the mixture of the dissolution medium 34 and the dissolved sample 12 from the vial in the form of a hyperpolarized solution that is carried to the flask 55 as needed.

したがって、本発明の一実施形態によると、流体経路システムは、中に凍結製剤を入れた水薬瓶と、水薬瓶と流体連通する出力端部および溶解媒体を入れた圧力容器に取り付けられた入力端部を有する溶解流体経路と、溶解した製剤および溶解媒体の混合物をそこから輸送するように水薬瓶に気密に取り付けられた第1の端部を有する運搬流体経路とを備えている。流体経路システムはまた、混合物を受けるように運搬流体経路の第2の端部に連結された保持容器と、溶解媒体の流れを制御するように圧力容器と溶解流体経路の間に位置決めされた溶解流体経路バルブと、運搬流体経路から保持容器への混合物の流れを制御する運搬流体経路バルブとを備えている。   Thus, according to one embodiment of the invention, the fluid pathway system is attached to a vial with a frozen formulation therein, an output end in fluid communication with the vial and a pressure vessel containing a dissolution medium. A dissolution fluid path having an input end; and a delivery fluid path having a first end that is airtightly attached to the vial to transport a mixture of dissolved formulation and dissolution medium therefrom. The fluid path system also includes a holding container coupled to the second end of the transport fluid path to receive the mixture, and a dissolution positioned between the pressure container and the dissolution fluid path to control the flow of the dissolution medium. A fluid path valve and a transport fluid path valve for controlling the flow of the mixture from the transport fluid path to the holding vessel.

本発明の別の実施形態によると、磁気共鳴(MR)画像化で使用される材料を分極する分極器システムは、超低温に過分極される材料を冷却する超低温冷却システムと、磁界を作り出し、材料を過分極化するように超低温冷却システムの周りに位置決めされた超電導磁石とを備えている。分極器システムはまた、過分極材料を溶解し運ぶ流体運搬システムを備えている。流体運搬システムはさらに、中に過分極される材料を入れた試料容器と、中に溶解媒体を入れた注射器と、そこを通して溶解媒体を受け輸送するように注射器に連結された内側管とを備えており、内側管は、溶解媒体および過分極材料が流体接触する内部容量を有する試料容器と流体連通している。流体運搬システムはまた、溶解媒体および溶解した過分極材料からなる試料容器から過分極溶液を運ぶように、試料容器に気密に連結された外側管を備えている。   According to another embodiment of the present invention, a polariser system for polarizing materials used in magnetic resonance (MR) imaging creates a magnetic field and a cryogenic cooling system that cools materials that are hyperpolarized to ultra-low temperatures. And a superconducting magnet positioned around the cryogenic cooling system to hyperpolarize the. The polariser system also includes a fluid delivery system that dissolves and carries the hyperpolarized material. The fluid delivery system further comprises a sample container having a material to be hyperpolarized therein, a syringe having a dissolution medium therein, and an inner tube coupled to the syringe for receiving and transporting the dissolution medium therethrough. The inner tube is in fluid communication with a sample container having an internal volume in which the dissolution medium and the hyperpolarized material are in fluid contact. The fluid delivery system also includes an outer tube that is hermetically coupled to the sample container to carry the hyperpolarized solution from the sample container consisting of the dissolution medium and the dissolved hyperpolarized material.

本発明のさらにべつの実施形態によると、流体経路システムを製造する方法は、中に過分極される固体材料を入れた水薬瓶に対して外側管の第1の端部を気密に密封するステップと、外側管内に内側管を位置決めするステップとを含んでおり、内側管は水薬瓶の内部容量と流体連通する出力端部を有する。この方法はまた、中に溶解媒体を有する注射器を内側管の入力端部に連結させるステップと、中に過分極溶液を受けるように外側管の第2の端部に保持容器を連結させるステップとを含んでおり、過分極溶液は溶解媒体および溶解した過分極材料からなっている。   According to yet another embodiment of the present invention, a method of manufacturing a fluid path system hermetically seals a first end of an outer tube against a vial with a solid material that is hyperpolarized therein. And positioning the inner tube within the outer tube, the inner tube having an output end in fluid communication with the interior volume of the vial. The method also includes connecting a syringe having a dissolution medium therein to the input end of the inner tube and connecting a holding container to the second end of the outer tube to receive the hyperpolarized solution therein. The hyperpolarized solution comprises a dissolution medium and a dissolved hyperpolarized material.

本発明を好ましい実施形態に関して記載し、明示的に記したもの以外の相当物、代替形態、および変更形態が可能であり、頭記の特許請求の範囲の範囲内にあることが分かる。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。   While the invention has been described with reference to preferred embodiments, it will be appreciated that equivalents, alternatives, and modifications other than those explicitly described are possible and are within the scope of the appended claims. Further, the reference numerals in the claims corresponding to the reference numerals in the drawings are merely used for easier understanding of the present invention, and are not intended to narrow the scope of the present invention. Absent. The matters described in the claims of the present application are incorporated into the specification and become a part of the description items of the specification.

本発明の一実施形態による流体経路システムの略ブロック図である。1 is a schematic block diagram of a fluid path system according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による水薬瓶の断面図である。It is sectional drawing of the liquid medicine bottle by one Embodiment of this invention. 本発明の別の実施形態による流体経路システムの一部の略図である。2 is a schematic illustration of a portion of a fluid pathway system according to another embodiment of the invention. 本発明の一実施形態によるフラスコおよびスパイクの断面図である。2 is a cross-sectional view of a flask and spike according to one embodiment of the present invention. FIG. 図4の5−5に沿った断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view taken along 5-5 in FIG. 4. 本発明の別の実施形態による流体経路システムの一部の略図である。2 is a schematic illustration of a portion of a fluid pathway system according to another embodiment of the invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 流体経路システム
12 製剤/試料
14 過分極装置
16 真空チャンバ
18 超低温冷却システム
20 超電導磁石
22 液体ヘリウム槽
24 容器
26 摺動シール
28 水薬瓶
30 水薬瓶の内部容量
32 圧力容器/注射器
34 溶解媒体
36 溶解流体経路
38 入力端部
40 溶解流体経路バルブ
42 出力端部
44 運搬流体経路
46 第1の端部
48 保持容器
50 第2の端部
52 運搬流体経路バルブ
54 フィルタカートリッジ
55 受入容器
56 ノズル
57 熱交換器
58 ノズル直径
59 無菌フィルタ
60 ノズル深さ
62 選択した距離
64 試料表面
66 容器
68 処理剤
70 通気ポート
72 注射器
74 注射器
76 塩基
78 緩衝剤塩
80 隔壁
82 スパイク
84 楕円形の針
86 より大きい直径
88 より小さい直径
90 流体経路
92 流体経路孔
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Fluid pathway system 12 Formulation / sample 14 Hyperpolarizing device 16 Vacuum chamber 18 Cryogenic cooling system 20 Superconducting magnet 22 Liquid helium tank 24 Container 26 Sliding seal 28 Pill bottle 30 Pill bottle 30 Pressure vessel / syringe 34 Dissolution Medium 36 Dissolving fluid path 38 Input end 40 Dissolving fluid path valve 42 Output end 44 Transporting fluid path 46 First end 48 Holding container 50 Second end 52 Transporting fluid path valve 54 Filter cartridge 55 Receiving container 56 Nozzle 57 Heat exchanger 58 Nozzle diameter 59 Aseptic filter 60 Nozzle depth 62 Selected distance 64 Sample surface 66 Container 68 Treatment agent 70 Aeration port 72 Syringe 74 Syringe 76 Base 78 Buffer salt 80 Septum 82 Spike 84 From elliptical needle 86 Larger diameter less than 88 Diameter 90 Fluid path 92 Fluid path hole

Claims (9)

流体経路システム(10)であって、
過分極材料の製剤(12)を中に入れた水薬瓶(28)と、
前記水薬瓶(28)と流体連通する出力端部(42)および溶解媒体(34)を入れた圧力容器(32)に取り付けられた入力端部(38)を有する溶解流体経路(36)と、
溶解した製剤(12)および溶解媒体(34)の混合物をそこから輸送するように前記水薬瓶(28)に気密に取り付けられた第1の端部(46)を有する運搬流体経路(44)と
を備え、
前記溶解流体経路(36)及び前記運搬流体経路(44)は管から構成され、該溶解流体経路(36)は前記運搬流体経路(44)の内側に又は平行に位置し、
前記流体経路システム(10)は、さらに、
前記混合物を受けるように前記運搬流体経路(44)の第2の端部(50)に連結された受入容器(55)と、
前記溶解媒体(34)の流れを制御するように前記圧力容器(32)と前記溶解流体経路(36)の間に位置決めされた溶解流体経路バルブ(40)と、
前記運搬流体経路(44)から前記受入容器(55)への前期混合物の流れを制御する運搬流体経路バルブ(52)と、
電子常磁性剤(EPA)を前記受入容器(55)に入る前に過分極溶液から取り除く、前記運搬流体経路(44)に含まれるフィルタカートリッジ(54)と、
前記水薬瓶(28)を中に入れた低温冷却されたチャンバ(18)を、該水薬瓶の内容物を前記大気環境に接触させずに密封するように、前記圧力容器(32)と前記水薬瓶(28)の間に位置決めされた摺動密封ユニット(26)と
を備えることを特徴とする、流体経路システム(10)。
A fluid path system (10) comprising:
A vial (28) containing a formulation of hyperpolarized material (12) therein ;
A dissolution fluid path (36) having an output end (42) in fluid communication with the vial (28) and an input end (38) attached to a pressure vessel (32) containing a dissolution medium (34); ,
A delivery fluid path (44) having a first end (46) hermetically attached to the vial (28) to transport a mixture of dissolved formulation (12) and dissolution medium (34) therefrom. And
The dissolution fluid path (36) and the transport fluid path (44) are composed of tubes, the dissolution fluid path (36) is located inside or parallel to the transport fluid path (44),
The fluid path system (10) further comprises:
A receiving container (55) coupled to the second end (50) of the carrier fluid path (44) to receive the mixture;
A dissolution fluid path valve (40) positioned between the pressure vessel (32) and the dissolution fluid path (36) to control the flow of the dissolution medium (34);
A transport fluid path valve (52) for controlling the flow of the pre-mixture from the transport fluid path (44) to the receiving vessel (55);
A filter cartridge (54) included in the transport fluid path (44) for removing an electron paramagnetic agent (EPA) from the hyperpolarized solution before entering the receiving vessel (55);
The pressure vessel (32) and the cryogenically cooled chamber (18) containing the vial (28) therein, so as to seal the contents of the vial without contacting the atmospheric environment; A fluid path system (10), comprising a sliding sealing unit (26) positioned between said vials (28).
前記水薬瓶(28)内への前記溶解媒体(34)の流体流を変えるように、前記溶解流体経路(36)の前記出力端部(42)に取り付けられたノズル(56)をさらに備えた、請求項1記載の流体経路システム(10)。 A nozzle (56) attached to the output end (42) of the dissolution fluid path (36) is further provided to change the fluid flow of the dissolution medium (34) into the vial (28). A fluid path system (10) according to claim 1. 前記ノズル(56)は、前記溶解流体経路(36)に加えられる前記溶解媒体(34)の構成、前記溶解流体経路(36)に加えられる前記溶解媒体(34)の温度、前記溶解流体経路(36)に加えられる前記溶解媒体(34)の圧力、および前記水薬瓶(28)に加えられる前記製剤(12)の量の少なくとも1つに基づき、ノズル直径(58)およびノズル深さ(60)を備えている、請求項2記載の流体経路システム(10)。 The nozzle (56) includes a configuration of the dissolution medium (34) applied to the dissolution fluid path (36), a temperature of the dissolution medium (34) applied to the dissolution fluid path (36), and a dissolution fluid path ( Nozzle diameter (58) and nozzle depth (60) based on at least one of the pressure of the dissolution medium (34) applied to 36) and the amount of the formulation (12) applied to the vial (28). The fluid path system (10) according to claim 2, comprising: 前記圧力容器(32)は注射器(32)である、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の流体経路システム(10)。 A fluid path system (10) according to any preceding claim, wherein the pressure vessel (32) is a syringe (32). 前記溶解流体経路(36)は前記運搬流体経路(44)と異なる熱伝導率の材料から形成されている、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の流体経路システム(10)。 The fluid path system (10) according to any one of the preceding claims, wherein the dissolved fluid path (36) is formed from a material having a different thermal conductivity than the conveying fluid path (44). 前記製剤(12)の前記過分極材料磁気共鳴(MR)画像化および核磁気共鳴(NMR)分光法の少なくとも一方でコントラストを良くするための材料である、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の流体経路システム(10)。 The hyperpolarized material of the formulation (12) is a material for improving the contrast in at least one of a magnetic resonance (MR) imaging and nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy, one of claims 1 to 5 The fluid path system (10) of claim 1. 前記溶解媒体(34)が、前記圧力容器内に塩基溶剤及び緩衝剤を含む、請求項1乃至6のいずれか1項に記載の流体経路システム(10)。 The fluid path system (10) according to any one of the preceding claims, wherein the dissolution medium (34) comprises a base solvent and a buffer in the pressure vessel. 前記水薬瓶(28)、前記溶解流体経路(36)、前記運搬流体経路(44)、および前記受入容器(55)はそれぞれ、前記混合物に対して無菌環境を形成するように無菌医療グレード材料からなっている、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の流体経路システム(10)。 The vial (28), the dissolution fluid path (36), the transport fluid path (44), and the receiving container (55) are each sterile medical grade material so as to form a sterile environment for the mixture. The fluid path system (10) according to any one of the preceding claims, comprising: 前記摺動密封ユニット(26)は、前記流体経路システム(10)に沿って摺動可能に構成されている、請求項1乃至8のいずれか1項に記載の流体経路システム(10)。
The fluid path system (10) according to any one of the preceding claims, wherein the sliding sealing unit (26) is configured to be slidable along the fluid path system (10).
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